Файл: Марчук, Г. И. Численное решение задач динамики атмосферы и океана.pdf

где и (у, z) — среднее за год и по интервалу 0 ^ х =g; L климатиче­ ское значение компоненты скорости и.

Граничные условия выберем в виде

Как и раньше, задачу (11.1)—(11.3) будем считать периодической по (х, у).

Решая задачу (11.1)—(11.3) для заданного региона, мы сможем найти значение й* при z = 0 и с ее помощью найти необходимые нам для решения задач величины

имогут быть использованы многократно для любых сезонов года.

Врезультате задача сводится к интегрированию выражения

197

Аналогичная ситуация имеет место с отклонением средней вер­ тикальной скорости от климатической. В этом случае требуется лишь вместо сопряженной задачи (11.1), (11.3) рассмотреть новую:

Рассмотренный метод долгосрочного прогноза имеет дело с инфор­ мацией, практически доступной для хранения на существующих ЭВМ. Как было отмечено, для этой цели нужно хранить двумерные массивы информации Tg, т£ й * и тшпри z — 0 и накапливать текущую метео­

рологическую информацию й, бй, F и бF. Таким образом, речь идет о хранении по крайней мере восьми двумерных массивов за срок в несколько месяцев (около шести). Объем такой информации прибли­ зительно равен 1 млн. машинных слов и вполне доступен для опе­ ративного использования.

Предположение о том, что и является только функцией у иг, непринципиально. Следующий этап в развитии методов состоит в учете

198

зависимости и от времени. Решение этой задачи вполне реализуемо,

однако для каждого сезона потребует решения своих сопряженных задач.

Более точная модель прогноза будет связана с решением сопряжен­ ных уравнений на климатическом материале о полях и (х, у, z, t),

V (X, у, z, t) и w (X, у, z, t). Это уже потребует хранения информа­ ции порядка 25 миллионов машинных слов и достаточно большого быстродействия в переработке информации.

6.12.

КМ ЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФ ОРМ АЦИИ

ИЭТАПЫ РЕА Л И ЗА Ц И И

ДОЛГОСРОЧНОГО ПРОГНО ЗА ПОГОДЫ

Принципы долгосрочного прогноза температурных аномалий и от­ клонений вертикальной скорости от нормы, изложенные в предыду­ щих параграфах настоящей главы, позволяют сформулировать те минимальные требования к метеорологической информации, которые позволят подойти практически к оперативной работе. Эти требования сводятся к следующему. Районы, на которых дается прогноз, должны иметь характерный размер, увеличивающийся с увеличением забла­ говременности прогноза. Так, для прогноза аномалии температуры на срок 7—10 дней характерный размер района, для которого дается прогноз, по-видимому, будет порядка 1000 X 1000 км. При прогнозе

нены на основе анализа предсказуемости по той или иной модели. Что касается интервалов временного осреднения, то на срок 7—10 дней таким интервалом могут быть 3 дня, на месяц — неделя

н на сезон — месяц.

Вместе с этим необходимо провести ряд мероприятий, связанных с подготовкой входных данных для решения задачи прогноза погоды.

Прежде всего необходимо осуществление комплекса обработки метеорологической и океанографической информации по построению климатических значений температуры поверхностного слоя океана, температуры поверхности материков и потока радиации на поверх­ ности всей Земли с учетом снежного покрова и ледовитости.

Что касается климатических значений температуры на земной поверхности, то для целей прогноза погоды от двух недель до сезона их пространственное разрешение допустимо в масштабе квадрата 500 X 500 км. Что касается временного осреднения, то таким ин­ тервалом осреднения может быть принята одна неделя. Полученные Данные приписываются центрам областей пространственного осред­ нения и временных интервалов. Поскольку данные о температуре на поверхности Земли получить трудно, то там, где это возможно, они могут быть найдены путем пересчета с данных на уровне метеороло­ гических будок. В тех случаях, когда сеть наблюдений над отдель­ ными труднодоступными регионами континентов таких, как Тибет,

199

Сахара и др., отсутствует, данные о климатических значениях темпе­ ратуры поверхности следует получить на основе анализа спутнико­ вой информации.

При расчете климатического хода потоков лучистой энергии на поверхности Земли осреднение допустимо с теми же пространст­ венно-временными масштабами, что и при обработке климатического хода температуры. Над океанами и в труднодоступных районах Земли лучистый поток может быть измерен со спутников. Дальнейшее уточ­ нение теории потребует климатических характеристик лучистого потока на стандартных уровнях атмосферы от поверхности Земли до высот порядка 30 км.

Третьим компонентом, необходимым для целей долгосрочного прогноза погоды, является информация о средней климатической скорости м (г/, 2, t), осредненной по каждому кругу широты и за ин­ тервал времени порядка недели.

Перечисленная выше информация является тем необходимым ма­ териалом, без которого долгосрочный прогноз даже по самым про­ стейшим схемам невозможен. Если такая информация подготовлена, то следующая задача состоит в оперативном накоплении отклонений температуры поверхности Земли и потока тепла от климатической нормы. Такая информация, осредненная по тем же характерным про­ странственно-временным масштабам, что и соответствующая инфор­ мация о климате, должна иметь точность порядка 1° для температуры и не более 10% от средней изменчивости лучистого потока тепла на поверхности Земли.

По мере развития работ по долгосрочному прогнозу потребуется информация о климатических значениях u, ѵ (w находится с помощью и и V из уравнения неразрывности). Пространственное разрешение 500 X 500 км и временное порядка недели, по-видимому, будет достаточным для довольно точного решения сопряженных задач при климатических входных данных и дальнейшего использования ре­ зультатов в прогнозах средних аномалий температуры и отклонений средней вертикальной скорости от нормы.

В известном смысле завершающим шагом является схема долго­ срочного прогноза, основанная на фактической информации о полях метеорологических элементов в интервале времени — 00 <1 t <i tm и прогностической в интервале tm ^ t ^ Т . Эта модель предполагает осуществление нескольких этапов, которые и опишем.

Прежде всего предполагается, что начиная с некоторого момента времени, мы будем располагать фактической информацией об откло­ нениях температуры поверхностного слоя океана, напряжения ветра и аномалиях температуры.материков. Выбирая начальные усло­ вия для задачи динамики океана и термического состояния конти­ нентов климатическими, приведем расчет динамики океана и терми­ ческого решения континентов ото дня ко дню по мере поступления фактически наблюдаемой информации. Примерно через сезон в оке­ ане и поверхностном слое континентов сформируется некоторый режим, который отнесем к моменту времени t = tmи который примем за начальный для дальнейшего совместного решения задач динамики

200